СПОСОБ ШТАМПОВКИ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1996 года по МПК B21D22/02 

Описание патента на изобретение RU2069593C1

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам штамповки деталей из листа, и может быть использовано при изготовлении деталей, имеющих полую чашу и плоский широкий фланец.

Известен способ штамповки деталей с плоским широким фланцем путем инструментальной вытяжки (Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л. Машиностроение, 1971, с. 189). Формообразование детали осуществляется в результате многопереходного втягивания металла в рабочее окно матрицы.

Недостаток этого способа заключается в том, что при вытяжке в результате втягивания металла размеры фланца существенно сокращаются. Для изготовления детали с заданными размерами фланца необходимо использовать заготовку из листа с увеличенными исходными размерами. Кроме этого, при инструментальной вытяжки дно заготовки практически не деформируется. Металл деформируется неравномерно, уточняется, в основном, в зоне радиусного перехода (в этом сечении и происходит разрушение заготовки). Пластические свойства металла по очагу деформации используются не полностью, что снижает глубину вытяжки и требует увеличения размеров исходной заготовки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является штамповка по схеме: эластичный пуансон жесткая матрица (Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью. М. Машиностроение, 1967, с. 339). Формообразование детали осуществляется, в основном, в результате формовки (растяжения) части заготовки, расположенной над рабочим окном матрицы.

Недостаток способа заключается в том, что использование эластичного пуансона создает на промежуточных стадиях деформирования плавные радиусы скругления заготовки. Это приводит к нерегулируемому утонению центральной части донного участка заготовки. Именно здесь происходит наиболее интенсивное утонение и растяжение металла, а также разрушение заготовки. В результате высокой неравномерности деформации утонения, пластические свойства металла по очагу деформации используются не полностью, что приводит к увеличению размеров исходной заготовки из листа и снижает глубину вытяжки за переход.

Поставлена задача разработать способ штамповки полых деталей с широким фланцем, который позволит снизить расход штампуемого металла за счет уменьшения размеров исходной заготовки из листа, а также увеличить глубину штампуемой детали.

Отмеченные эффекты могут быть достигнуты путем выравнивания деформации утонения по образующей чаши штампуемой детали. Ликвидируя сосредоточенное утонение заготовки и равномерно утоняя металл в зоне чаши до максимально возможной величины, которая пропорциональна пластичности штампуемого металла, становится возможным максимально увеличить площадь поверхности заготовки в процессе формообразования. Это позволяет уменьшить исходные размеры заготовки из листа и увеличить глубину штампуемой детали.

Поставленная задача решается тем, что в способе штамповки полых деталей с широким фланцем, включающим прижим периферийной части заготовки и вытяжку-формовку ее центральной части, согласно изобретению, в процессе вытяжки увеличивают давление прижима, осуществляя торможение фланца до его полной остановки при величине площади поверхности заготовки, втянутой в рабочее окно матрицы Fвт, равной

где Fч площадь поверхности чаши готовой детали;
So исходная толщина заготовки из листа;
Sч средняя толщина чаши готовой детали; которая определяется по зависимости:

где n показатель интенсивности упрочнения штампуемого листа;
а затем при неподвижном фланце заготовки пуансоном осуществляют растяжение и утонение предварительно вытянутой части заготовки до величины средней толщины чаши готовой детали.

Таким образом, если деталь изготавливается по традиционной методике, то площадь поверхности заготовки, требуемая для формообразования чаши, определяется из условия постоянства площади поверхности заготовки, то есть
Fвт Fч
При штамповке по заявленному способу-изобретению заготовка в зоне чаши равномерно утоняется до величины Sч, что позволяет уменьшить требуемую на формообразование чаши площадь заготовки до величины

На фиг.1 показано завершение этапа формообразования детали, путем втягивания в рабочее окно матрицы площади поверхности заготовки, равной

Размер фланца детали на этом этапе уменьшился до величины Aфл.

На фиг.2 завершение формообразования детали в результате утонения и растяжения предварительно вытянутой части заготовки до толщины детали в зоне чаши, равной:

при сохранении размера неподвижного фланца Афл.

На фигурах приняты следующие обозначения: 1 пуансон, 2 прижим, 3 - матрица, 4 готовая деталь.

Способ осуществляется следующим образом. Плоскую заготовку из листа устанавливают на матрицу 3 и прижимом 2 прижимают по периферийной части. Пуансон 1 начинает процесс формообразования детали путем втягивания плоской заготовки в рабочее окно матрицы 3. При этом, чем на большую глубину вытягивают деталь, тем интенсивнее фланец втягивается в рабочее окно матрицы, сокращая свои размеры.

Взаимосвязь геометрических размеров деформируемой заготовки (глубины чаши и размеров фланца) определяют по традиционной методике из условия постоянства площади поверхности заготовки.

По заявленному способу вытяжку осуществляют таким образом, что давление прижима постоянно увеличивают. Это приводит к увеличению сил, тормозящих перемещение фланца, до его постепенной полной остановки.

Условия трения между заготовкой и инструментом и интенсивность роста давления прижима задают таким образом, чтобы полная остановка фланца произошла в тот момент, когда площадь поверхности заготовки, втянутой в рабочее окно матрицы, достигнет величины

Размер фланца к этому моменту уменьшается до размера Афл.

При дальнейшем рабочем ходе пуансона формообразование детали осуществляется при полностью неподвижном фланце за счет формовки-растяжения предварительно вытянутой части заготовки, производя принудительное утонение металла в зоне чаши.

Равномерного утонения заготовки в зоне чаши при неподвижном фланце достигают путем минимизации сил трения между заготовкой и пуансоном, то есть, в очаге деформации создают такие условия трения, что силы трения между заготовкой и инструментом близки к нулю. При этих условиях формовка-растяжение части заготовки, предварительно втянутой в рабочее окно матрицы, происходит достаточно интенсивно с выравниванием толщины металла в зоне чаши.

Таким образом, в результате такого механизма деформирования заготовки, в зоне чаши толщина заготовки достаточно равномерно выравнивается, что позволяет практически полностью использовать пластические свойства металла, увеличить глубину вытяжки и уменьшить исходные размеры заготовки из листа.

Максимальный эффект уменьшения размеров заготовки от использования способа достигается в результате рационального сочетания двух операций - вытяжки и формовки. Соотношение между ними зависит от пластических свойств штампуемой заготовки. Чем выше пластичность металла, тем на большую величину можно растянуть и утонить предварительно вытянутую часть заготовки, и, следовательно, на меньшую глубину требуется втягивать заготовку в рабочее окно матрицы на стадии вытяжки.

Следовательно при более высоких пластических свойствах металла усилие прижима Р в процессе вытяжки должно возрастать более интенсивно, чтобы перемещение фланца прекратилось на ранних стадиях процесса и дальнейшее формообразование детали осуществлялось лишь в результате принудительного утонения заготовки.

В условиях принудительного утонения равномерного характера можно считать, что схема напряженного состояния близка к плоскому растяжению. При таком условии максимальную деформацию утонения εS, при которой не происходит разрушения металла, можно принять равной:

(Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металла. М. Металлургия, 1972, с. 333). В этой зависимости n показатель интенсивности упрочнения металла. Величина показателя n определяется согласно ГОСТ 11701-84.

Таким образом теоретическая минимальна допустимая толщина, до которой можно утонять заготовку без разрушения, равна:

Очевидно, что принудительно утоняя предварительно вытянутую часть заготовки, нельзя добиться абсолютно одинаковой толщиной по очагу деформации и будут отклонения толщины от средне арифметического значения в какую либо сторону. Для учета этого отклонения в реальных условиях деформирования в расчетную зависимость введен доверительный интервал средней толщины чаши детали, величиной в 10 от толщины заготовки:

Для практического осуществления способа штамповки размеры исходной заготовки из листа можно определить из следующих соотношений. Условие постоянства объема заготовки записывается:
Vз Vч + Vфл
где Vз объем исходной заготовки из листа;
Vч объем металла, необходимый для изготовления чаши детали;
Vфл объем металла в плоском фланце детали.

В процессе формообразования детали толщина фланца изменяется незначительно и можно принять его толщину, равной исходной толщине заготовки So.

Толщина листа в зоне чаши детали, штампованной по заявлянному способу, равна минимально допустимой величине

С учетом этого, условие постоянства объема запишется в виде:

где Fфл, Fч, Fз соответственно площади плоского фланца готовой детали, чаши готовой детали и площадь поверхности исходной заготовки из листа.

Отсюда, площадь поверхности исходной заготовки из листа, необходимой для изготовления детали с заданными размерами фланца и чаши определится:

Таким образом, согласно способу, на стадии вытяжки в рабочее окно матрицы нужно втянуть столько металла, чтобы утоняя его и растягивая до минимально допустимой величины, объема металла хватило на формообразование чаши заданного размера, и процесс формообразования осуществлялся устойчиво, без разрушения металла.

Из коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т штампуется деталь с плоским фланцем и коробчатой чашей. Размеры детали следующие: размер чаши в плане 800 х 800 мм, глубина чаши 200 мм, размер фланца готовой детали 1000 х 1000 мм. Металл имеет показатель упрочнения n 0,3.

По прототипу размер исходной заготовки из листа равнялся 1200 х 1200 мм, толщина заготовки из листа 1 мм.

При изготовлении этой детали по способу стало возможным уменьшить размер исходной заготовки из листа до размера 1100 х 1100 мм.

Штамповка осуществлялась в следующей последовательности: сначала осуществлялась вытяжка заготовки с перемещением фланца и уменьшением его размера до величины 1000 х 1000 мм, затем утонение и растяжение предварительно вытянутой части заготовки до ее полного прилегания к матрице при неподвижном фланце. Замер толщины и последующая обработка результатов эксперимента позволяли установить доверительный интервал средней толщины детали в зоне чаши:

Таким образом, использование способа штамповки, сочетающего вытяжку и последующую формовку-растяжение предварительно вытянутой части заготовки позволило уменьшить размер исходной заготовки из листа и снизить расход штампуемого металла на 19

Похожие патенты RU2069593C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ШТАМПОВКИ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ 1994
  • Попов И.П.
  • Маслов В.Д.
RU2086331C1
СПОСОБ ШТАМПОВКИ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ 1997
  • Попов И.П.
  • Маслов В.Д.
RU2157287C2
СПОСОБ ШТАМПОВКИ ЭЛАСТИЧНОЙ СРЕДОЙ 1994
  • Комаров А.Д.
  • Моисеев В.К.
  • Синица В.В.
  • Шаров А.А.
RU2086329C1
СПОСОБ ГИДРОСТАТИЧЕСКОЙ ШТАМПОВКИ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ 1991
  • Моисеев В.К.
  • Голиусов Т.А.
  • Комаров А.Д.
  • Цуканов В.Ф.
  • Шаров А.А.
RU2010648C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШТАМПОВКИ ЭЛАСТИЧНОЙ СРЕДОЙ 1995
  • Комаров А.Д.
  • Барвинок В.А.
  • Шаров А.А.
  • Моисеев В.К.
  • Синица В.В.
  • Рожков С.М.
  • Филиппов В.В.
RU2089312C1
Способ изготовления вытяжкой полой детали сферической неполного контура формы из труднодеформируемого титанового сплава ВТ14 в одном комбинированном штампе 2018
  • Конопкина Ирина Владимировна
  • Коновалов Александр Иванович
  • Юхневич Сергей Степанович
  • Светачев Олег Алексеевич
  • Боев Иван Иванович
RU2698080C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК МЕНЬШЕГО РАЗМЕРА 1999
  • Феофанова А.Е.
RU2164455C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШТАМПОВКИ ЭЛАСТИЧНОЙ СРЕДОЙ 1995
  • Комаров А.Д.
  • Барвинок В.А.
  • Шаров А.А.
  • Моисеев В.К.
  • Синица В.В.
  • Рожков С.М.
  • Филиппов В.В.
RU2089313C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШТАМПОВКИ ЭЛАСТИЧНОЙ СРЕДОЙ 1997
  • Комаров А.Д.
  • Хасио Л.А.
  • Барвинок В.А.
  • Соколова А.В.
  • Хардин В.Б.
  • Терентьев Л.А.
RU2124411C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ ПОЛУСФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6-С 2016
  • Коптев Иван Тихонович
  • Юхневич Сергей Степанович
  • Гладкова Любовь Дмитриевна
  • Конопкина Ирина Владимировна
  • Сиделёва Галина Александровна
RU2635210C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 069 593 C1

Реферат патента 1996 года СПОСОБ ШТАМПОВКИ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ

Использование: в способах штамповки деталей из листа, имеющих полую чашу и плоский широкий фланец. Сущность изобретения: способ штамповки полых деталей, состоящих из чаши и плоского широкого фланца, включает прижим периферийной части заготовки и вытяжку-формовку ее центральной части. В процессе вытяжки увеличивают давление прижима, осуществляя торможение фланца до его полной остановки при величине площади поверхности заготовки, втянутой в рабочее окно матрицы Fвт, равной Fвт = Fч•(Sr/So), где: Fч - площадь поверхности чаши готовой детали; So - толщина исходной заготовки из листа; Sч - средняя толщина чаши готовой детали, определяемая из соотношения:
Sч = Soexp(-3n/2)±0,1Soexp(-3n/2),
где n - показатель интенсивности упрочнения штампуемого материала. Затем, при неподвижном фланце заготовки осуществляют равномерное растяжение и утонение предварительно вытянутой части заготовки по величине средней толщины чаши готовой детали. Технический результат - снижение расхода штампуемого металла за счет уменьшения размеров заготовки и увеличение глубины штампуемой детали. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 069 593 C1

Способ штамповки полых деталей, состоящих из чаши и плоского широкого фланца, включающий прижим периферийной части заготовки и вытяжку-формовку ее центральной части, отличающийся тем, что в процессе вытяжки увеличивают давление прижима, осуществляя торможение фланца до его полной остановки при величине площади поверхности заготовки, втянутой в рабочее окно матрицы Fвт, равной
Fвт Fч • Sч/So,
где Fч площадь поверхности чаши головой детали;
So толщина исходной заготовки из листа;
Sч средняя толщина чаши готовой детали, определяемой из соотношения
Sч So exp (-3•n / 2) ± 0,1 So exp (-3•n / 2),
где n показатель интенсивности упрочнения штампуемого металла,
а затем при неподвижном фланце заготовки осуществляют равномерное растяжение и утонение предварительно вытянутой части заготовки до величины средней толщины чаши готовой детали.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года RU2069593C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Романовский В.П
Справочник по холодной штамповке
- М.: Машиностроение, 1971, с
Питательный кран для вагонных резервуаров воздушных тормозов 1921
  • Казанцев Ф.П.
SU189A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Исаченков Е.И
Штамповка резиной и жидкостью
- Машиностроение, 1967, с
Ручной ткацкий станок 1922
  • Лягин Н.М.
SU339A1

RU 2 069 593 C1

Авторы

Попов И.П.

Маслов В.Д.

Даты

1996-11-27Публикация

1994-01-06Подача